數(shù)字電視的發(fā)展及其關(guān)鍵技術(shù)

1、數(shù)字電視的發(fā)展及其關(guān)鍵技術(shù)0 引言當(dāng)前，世界各國(guó)正面臨著從模擬電視向數(shù)字電視演進(jìn)的變革。和通信領(lǐng)域以往所有模擬技術(shù)向數(shù)字技術(shù)演進(jìn)歷程一樣，在用戶需求和科學(xué)技術(shù)進(jìn)步的巨大拉動(dòng)下，數(shù)字電視技術(shù)日趨成熟，在不斷為人們提供更高質(zhì)量、更多功能、更個(gè)性化的音視頻節(jié)目服務(wù)的同時(shí)，逐漸成為電視系統(tǒng)的主流。數(shù)字電視已不僅僅是傳統(tǒng)意義上的電視，而是一個(gè)從電視節(jié)目采集、制作、編輯、播出、傳輸、用戶端接收、顯示等全過(guò)程數(shù)字化的系統(tǒng)。數(shù)字電視系統(tǒng)將成為一個(gè)數(shù)字信號(hào)傳輸平臺(tái)， 不僅使整個(gè)廣播電視節(jié)目制作和傳輸質(zhì)量得到顯著改善，信道資源利用率大大提高，還可以提供其它增值業(yè)務(wù)，如數(shù)據(jù)廣播、電視購(gòu)物、電子商務(wù)、視頻點(diǎn)播等，使傳

2、統(tǒng)的廣播電視媒體從形態(tài)、 內(nèi)容到服務(wù)方式發(fā)生革命性的改變， 為“三網(wǎng)融合”提供了技術(shù)上的可能性。1 數(shù)字電視系統(tǒng)的組成數(shù)字電視廣播由節(jié)目源、廣播和接收三大環(huán)節(jié)組成。一個(gè)完整的數(shù)字電視系統(tǒng)由數(shù)字節(jié)目制作平臺(tái)、數(shù)字電視信號(hào)傳輸平臺(tái)及數(shù)字電視接收終端共同組成，如圖1 所示。圖 1 數(shù)字電視系統(tǒng)基本架構(gòu)數(shù)字節(jié)目制作平臺(tái)是數(shù)字電視的信源部分（發(fā)送端），主要負(fù)責(zé)信源的編碼與制作；數(shù)字電視信號(hào)傳輸平臺(tái)是數(shù)字電視的信道部分（信道編碼存儲(chǔ)），主要負(fù)責(zé)信號(hào)的傳輸與存儲(chǔ)；數(shù)字電視接收終端是數(shù)字電視的信宿部分（接收端） ，主要負(fù)責(zé)數(shù)字視頻、音頻信號(hào)的接收。與傳統(tǒng)模擬技術(shù)不同，數(shù)字電視從電視節(jié)目錄制、播出到發(fā)射、接收，

3、全部采用數(shù)字編碼與數(shù)字傳輸技術(shù)，并采用數(shù)字信號(hào)進(jìn)行編碼和解碼來(lái)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的模擬信號(hào)。2 數(shù)字電視的關(guān)鍵技術(shù)數(shù)字電視關(guān)鍵技術(shù)的研究重點(diǎn)主要涉及兩方面內(nèi)容： 以壓縮碼率為中心的高效編碼方法和電視演播室及電視接收機(jī)中的數(shù)字化技術(shù)。 數(shù)字電視系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵技術(shù)主要包括：信源編解碼技術(shù)、復(fù)用解復(fù)用技術(shù)、信道編解碼技術(shù)（即糾錯(cuò)編解碼技術(shù)） 、調(diào)制解調(diào)技術(shù)、加擾解擾技術(shù)（數(shù)字電視的條件接收技術(shù)） 、高清晰度大屏幕電視顯示技術(shù)及高速寬帶網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等。2.1信源編解碼技術(shù)信源編解碼技術(shù)包括視頻壓縮編解碼技術(shù)及音頻壓縮編解碼技術(shù)。無(wú)論是HDTV ,還是標(biāo)準(zhǔn)清晰度電視, 未壓縮的數(shù)字電視信號(hào)都具有很高的數(shù)據(jù)率, 為了能

4、在有限的頻帶內(nèi)傳送電視節(jié)目, 必須對(duì)電視信號(hào)進(jìn)行壓縮處理。在數(shù)字電視的視頻壓縮編解碼標(biāo)準(zhǔn)方面, 國(guó)際上統(tǒng)一采用了MPEG- 2 標(biāo)準(zhǔn)。在音頻編碼方面 , 歐洲、日本采用了MPEG - 2 標(biāo)準(zhǔn) ; 美國(guó)采納了杜比公司的AC - 3 方案 ,MPEG - 2為備用方案。2.2復(fù)用解復(fù)用技術(shù)復(fù)用、解復(fù)用設(shè)備是數(shù)字電視系統(tǒng)的關(guān)鍵部分，從發(fā)送端的信息流向來(lái)看，復(fù)用設(shè)備將視頻、音頻、輔助數(shù)據(jù)等信源編碼器送來(lái)的數(shù)據(jù)比特流，經(jīng)處理復(fù)合成單路的串行比特流， 送給信道編碼系統(tǒng)及調(diào)制系統(tǒng)，接收端與此過(guò)程正好相反。目前網(wǎng)絡(luò)通信的數(shù)據(jù)都是按一定的格式打包傳輸?shù)?, 電視節(jié)目數(shù)據(jù)的打包將使其具備了可擴(kuò)展性、分級(jí)性、交互

5、性的基礎(chǔ)。在數(shù)字電視系統(tǒng)中，復(fù)用器把視頻、音頻、輔助數(shù)據(jù)等組成的混合碼流通過(guò)打包器進(jìn)行打包處理，在數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)中常常稱數(shù)據(jù)分組包，因而廣為流行的分組交換技術(shù)又稱為包交換技術(shù)， 然后再?gòu)?fù)合成單路串行碼流。在數(shù)字電視的傳送復(fù)用標(biāo)準(zhǔn)方面 , 國(guó)際上也統(tǒng)一采用 MPEG - 2 標(biāo)準(zhǔn)。2.3信道編解碼信道編解碼是實(shí)現(xiàn)信號(hào)可靠傳輸?shù)闹匾ＷC， 數(shù)字電視信道編解碼的目的就是通過(guò)糾錯(cuò)編碼、網(wǎng)格編碼、均衡等技術(shù)來(lái)提高信號(hào)的抗干擾能力。信道編碼后的基帶信號(hào)經(jīng)過(guò)調(diào)制， 可送入各類通信中進(jìn)行傳輸，數(shù)字電視的傳輸通道包括衛(wèi)星傳輸、地面開(kāi)路傳輸和有線傳輸三種。糾錯(cuò)編碼在信道編碼中占有重要地位，它是數(shù)字通信特有、而模擬通

6、信不具備的技術(shù)。 糾錯(cuò)編碼技術(shù)在數(shù)字電視系統(tǒng)中得到了廣泛應(yīng)用，其本質(zhì)是通過(guò)按一定規(guī)則重新排列信號(hào)碼元或加入輔助碼的辦法來(lái)防止碼元在傳輸過(guò)程中出錯(cuò)， 并進(jìn)行檢錯(cuò)和糾錯(cuò)，以保證信號(hào)的可靠傳輸。2.4數(shù)字電視調(diào)制解調(diào)技術(shù)在數(shù)字電視系統(tǒng)中，除混合光纖同軸電纜（ HFC）傳輸系統(tǒng)中主要采用高速數(shù)字調(diào)制技術(shù)外，以下五種調(diào)制方式應(yīng)用很廣泛： （ 1）正交幅度調(diào)制（ QAM），調(diào)制效率高，要求傳送途徑的信噪比高，適合有線電視電纜傳輸； （ 2）正交相移鍵控調(diào)制（ QPSK），調(diào)制效率高，要求傳送途徑的信噪比低，適合衛(wèi)星廣播； （ 3）殘留邊帶調(diào)制（ VSB），抗多徑傳播效應(yīng)好（即消除重影響效果好） ，適合地面

7、廣播； （4）編碼正交頻分復(fù)用調(diào)制（COFDM），抗多徑傳播效應(yīng)和同頻干擾好，適合地面廣播和同頻網(wǎng)廣播；（ 5）擴(kuò)頻調(diào)制（ Spread SpectrumModulation ）， 主要是在 CDMA移動(dòng)通信領(lǐng)域應(yīng)用極為廣泛，特別是在 WCDMA，CDMA 2000、 TD SCDMA等第三代移動(dòng)通信（ 3G）中重要性非常突出。2.5數(shù)字電視加擾解擾技術(shù)加擾解擾技術(shù)是數(shù)字電視收費(fèi)運(yùn)營(yíng)機(jī)制的保證。 收費(fèi)電視系統(tǒng)的基本特點(diǎn)是所提供的業(yè)務(wù)僅限于授權(quán)用戶使用， 即在節(jié)目的供應(yīng)單位、播出單位和用戶之間建立起一種有償服務(wù)體系。正是基于這種有償服務(wù)體系， 使電視節(jié)目制作及播出的巨大投資得以補(bǔ)償，從而為數(shù)字電

8、視產(chǎn)業(yè)的發(fā)展奠定了良性循環(huán)的經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)。所謂加擾，就是改變標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字電視信號(hào)的特性，對(duì)視頻、音頻或輔助數(shù)據(jù)加以一定處理，防止未授權(quán)者接收到清晰的圖像及伴音。 數(shù)字電視系統(tǒng)中的加擾、 用戶管理和授權(quán)控制等功能在系統(tǒng)前端完成，而解擾則在用戶端完成。 用戶終端解擾可以采用兩種方法：一是在用戶終端通過(guò)預(yù)約方式來(lái)解擾，而無(wú)須由前端進(jìn)行尋址遙控；二是通過(guò)前端對(duì)用戶尋址控制來(lái)實(shí)現(xiàn)解擾。目前絕大多數(shù)的加擾、 解擾系統(tǒng)都采用尋址模式，用戶終端要根據(jù)前端送來(lái)的解擾信息來(lái)決定是否解擾。因此，加擾解擾技術(shù)在數(shù)字電視系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)中必不可少，而且意義重大。2.6高清晰度大屏幕顯示技術(shù)數(shù)字電視接收的最終信息需要在顯示設(shè)備中還原出來(lái)

9、， 從而使來(lái)自數(shù)字演播室的圖像與伴音能夠呈現(xiàn)在節(jié)目觀看者面前。 如何使這些已經(jīng)經(jīng)信道傳送過(guò)的圖像與伴音能夠高質(zhì)量、無(wú)失真地呈現(xiàn)給觀眾，是顯示領(lǐng)域的研究課題。因此顯示器件的品質(zhì)與特性直接影響經(jīng)信道傳送過(guò)來(lái)的圖像與伴音質(zhì)量，選擇性能優(yōu)異的高清晰度大屏幕顯示設(shè)備對(duì)數(shù)字電視的應(yīng)用與推廣意義重大。目前以 PDP、LCD、 OELD、LCOS為代表的平板顯示技術(shù)日益成熟、日益完善，已經(jīng)越來(lái)越廣泛地應(yīng)用在數(shù)字電視顯示領(lǐng)域，它們不僅具有高清晰度的圖像、色彩生動(dòng)艷麗，而且性能優(yōu)異、環(huán)保健康，再配之以高質(zhì)量的環(huán)繞立體聲，必將會(huì)帶給觀念高質(zhì)量的視聽(tīng)享受。2.7高速寬帶網(wǎng)絡(luò)技術(shù)高速接入網(wǎng)和高速互聯(lián)互通的傳輸網(wǎng)是數(shù)字電

10、視系統(tǒng)的有力保障。 多媒體數(shù)據(jù)對(duì)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境提出非?？量痰囊?，帶寬和實(shí)時(shí)性的要求尤為突出。數(shù)字電視中的視頻、音頻數(shù)據(jù)時(shí)間相關(guān)性很強(qiáng)， 對(duì)網(wǎng)絡(luò)的延遲特別敏感，應(yīng)保證在任意給定的網(wǎng)絡(luò)交換能力下能提供給用戶可靠穩(wěn)定的帶寬、保證高質(zhì)量、平滑和全動(dòng)態(tài)視頻的多媒體數(shù)據(jù)流傳輸。3 結(jié)束語(yǔ)目前數(shù)字電視領(lǐng)域發(fā)展現(xiàn)狀是：電視節(jié)目從采集到接收的全過(guò)程中，大部分環(huán)節(jié)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化，但在某些環(huán)節(jié)上，尚未完全采取數(shù)字技術(shù)，例如有線電視的大多用戶是利用模擬電視接收機(jī)STB （數(shù)字機(jī)頂盒）的方式實(shí)現(xiàn)接收數(shù)字電視節(jié)目的。因此只有實(shí)現(xiàn)了電視節(jié)目從采集到用戶接收全過(guò)程的數(shù)字化，才是真正意義的數(shù)字電視。廣播電視的發(fā)展趨勢(shì)是數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化和信息化，未來(lái)數(shù)字電視的發(fā)展方向?qū)⑹菙?shù)字電視一體機(jī)， 即真正意義上的數(shù)字電視